浅谈膜结构幕墙的应用及其机械连接设计

张帅沈

摘 要：近年来，膜结构技术在现代屋面建设项目中得到了广泛的应用。在许多国际大型活动的建筑物的屋面建设中不乏应用先进的膜结构技术。本文浅要论述了膜结构的类别和一套ETFE膜结构连接系统。

关键词：膜结构幕墙；类别；连接系统；应用

中图分类号：TU399 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0335-01

引 言

膜结构是一种非传统的全新结构形式。随着经济和科学的不断发展，人们对建筑型体外观的追求不断提高，国内、外新建筑、新工艺、新材料、新结构不断涌现，建筑幕墙设计也日益多样化，尤其是新的单曲、双曲建筑屋面，为满足建筑效果的实现，膜幕墙材料及连接调整结构应运产生，能实现多角度、立体式的调整，这种结构体系应用范围广，可实现各种建筑幕墙外饰面的调整。

ETFE膜结构的应用：

膜结构的类别主要包含有：张拉式膜结构、充气式膜结构、索系支承式膜结构三种基础形式。它打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉。同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。

1 张拉式膜结构

张拉索膜结构是通过张拉使膜的内部产生一定的预应力，以抵御外界的风荷载和其他荷载，同时使膜变形成为所需要的形状。张拉膜是依靠膜材本身的张拉力和特殊的几何形状而构成的稳定的承力体系。膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠相互反向的曲率来保障。因此需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜结构。张拉膜结构通常是沿着膜的边缘布设钢索，在钢索上施加拉力，钢索带动膜张紧成型，并产生足够的预应力，因而称其是张拉式索膜结构。其主要的应用优点在于创新度较高、造型美观、结构性能强，但存在造价高、施工精度高的困难。

2 充气式膜结构

充气式膜结构是一个相对密闭的空间结构，与传统空间结构建筑不一样的是，它通过风机向结构内部鼓风送气，使膜结构内外保持一定的压力差，以保证膜结构体系的刚度，维持所设计的形状。具有较好的抗压性和高强度表面张力。因利用气压来支撑，及钢索作为辅助材，无需任何梁、柱支撑，可得更大的空间，施工快捷，经济效益高，但需维持进行24h送风机运转，在持续运行及机器维护费用的成本较高。

3 索系支承式膜结构

索系支承式膜结构应由空间索系作为主要承重结构，在索系上布置按设计要求张紧的膜材。索系支承式膜结构主要由索、杆和膜构成，三者共同起承重作用。在通常所称的张拉整体结构中，如采用膜材，即属于索系支承膜结构。

由于其极好的透光性、延展性、抗压性和抗拉性、轻质性、环保性等优点，特别适合建造需人工模拟自然环境的建筑如植物园以及运动场馆等。而此类建筑共同的特点就是建筑造型复杂多余，空间曲面多变，且主体多为钢结构。由于钢结构的施工偏差较大。所以多方位可调节的连接系统，对实现建筑效果有着至关重要的作用。以下结合图1对本实用新型系统作进一步描述。

图1中序号说明：

1——主钢结构（以球体为例）；

2——钢圆管；

3——矩形钢板；

4——槽钢连接件；

5——钢板连接件；

6——ETFE膜龙骨（示意）。

具体实施方式：根据预先放线定位好的安装点，主钢结构1与钢圆管2通过焊接连接固定；（由于主体结构是球体，根据其特性选择的圆管来连接，这样可以在球体表面上自由挪动，不受限制。如果主体结构是圆管，则需要选择槽钢或者类似形状的物件来连接）；然后在钢圆管2上面放置一块矩形钢板3来提供安装平台；根据预先放线定位好的安装点，找出膜龙骨6与矩形钢板3的位置关系后，将槽钢连接件4焊接在矩形钢板3上面；钢板连接件5上面预先加工出长条孔便于上下调节；槽钢连接件4与钢板连接件5采用螺栓连接；膜龙骨6与钢板连接件5采用焊接固定牢固。依次安装不同位置的连接件，最后完成整个建筑楼体的幕墙安装。

曲面异型建筑的特点是：各点有一个与其他三个点不在同一平面上，都存在大小不同的翘曲高差，需要三维方向上的调节才能最终实现建筑效果。而本连接系统对于不同的偏差都能实现多角度调节，我们通过分析总结出以下结论：

（1）主体结构前后偏差时，通过调节钢圆管2与主钢结构1的前后调节来解决。

（2）主体结构左右偏差时，通过调节槽钢转接件4与矩形钢板3的左右调节来解决。

（3）主体结构上下偏差时，通过槽钢转接件4与钢板转接件5的上下调节来解决。

此连接结构采用具有空间多角度调节功能的支撑系统，它解决了现有技术存在的空间施工精度难控制和主体结构偏差大的问题，其结构设计合理，分体制造容易，现场施工安装方便，既保证了室内外饰效果，又降低了损耗成本。适用于各自复杂造型的ETFE膜幕墙结构。

4 结 语

膜结构幕墙不可能简化到只依靠标准图集和设计手册就可以进行设计，它注重基础理论与工程设计的结合，建筑设计与结构设计、机械设计的融合。本文浅显介绍一种膜结构幕墙连接系统，以冀能够对有志于膜结构幕墙的工程师和建筑师一点启发。近年来我国建筑市场对索膜建筑技术和膜材的需求明显有大幅度增长的趋势。伴随着技术领域一次次的变革，我们有理由相信ETFE技术会在未来的岁月中不断发展、成熟。

参考文献

[1]劉锡良，编著.现代空间结构.天津大学出版社.

[2]张其林，编著.索和膜结构.同济大学出版社.

[3]关富玲，等著.膜结构设计理论.浙江大学空间结构.

[4]王海明.ETFE膜结构主要形式及ETFE工程难点.建筑管理现代化，2012，4.

收稿日期：2018-3-15